可支持电阻温度检测器的高精度接口
发布时间:2008/6/3 0:00:00 访问次数:414
a precision interface for a resistance temperature detector
电阻温度检测器(rtd)属于温度传感器的一种，可以利用金属电阻会随着温度高低不同而出现相应变化这一物理特性测量温度，其应用范围非常广泛，例如用以测量及控制温度的许多仪表都采用这种检测器。这些测量仪表电路都采用100ω的白金电阻温度检测器(prtd)，目前市场上还有多种不同的白金电阻温度检测器可供选择。以超过0℃的温度环境来说，白金电阻温度检测器的电阻温度转换函数大约可以利用公式1列出，公式中的t指温度。
---电阻温度检测器电阻rrtd= (100 + 0.39083t-0.00005775t2)ω (1)
---白金电阻温度检测器接口电路有助减低信号调理元件出现的误差，电路如图1所示。lmp2011芯片是高增益而补偿电压接近零的高精度放大器，lm4140a-2.500则是已微调的低漂移电压参考电路，其误差不超过0.05%，电压漂移则不会超过10×10-6/℃。用户只要采用这两款芯片再搭配几个高精度电阻，便可组装出准确而又稳定的温度计。
---图1的电路最适宜采用4引线白金电阻温度检测器，目前采用的众多配置之中也以这款设计最为准确。4引线白金电阻温度检测器设有kelvin连接动力引线及传感引线。图1中的w1及w4这两条引线属于动力引线，负责将电阻温度检测器连接到恒流电源。另外两条引线w2及w3属于传感引线，负责将电阻温度检测器的电压连接到放大器。这个设计可将负责驱动电阻温度检测器的恒流电源与测量电路分开，其优点是，测量电阻温度检测器的电压时，即使w1和w4引线出现压降也不会影响测量数字的准确性。
---下面解释为何引线会造成测量上出现误差。假若探头采用3m长的24级铜线，而这条导线将电阻与测量仪表连接一起，那么引线的电阻可以用下式计算出来：2×3m×(0.0857ω/m) = 0.514ω。若温度为0℃时，电阻温度检测器的电阻会按照0.39ω/℃这个升降率而转变，令引线产生以下的温度误差：0.514ω/(0.39ω/℃)=1.31℃。温度越高，误差也就越大。若温度为400℃，白金电阻温度检测器的电阻会按照0.35ω/℃这个升降率而转变，令引线产生以下的温度误差：0.514ω/(0.35ω/℃)=1.46℃。
可以激励电阻温度检测器的其他电路
---图2和图3的电路是另外两个可以用来激励白金电阻温度检测器的设计方案。图2的电路利用恒压电源及串行电阻设定流入白金电阻温度检测器的电流，并为不同的温度各自设定不同的电流值。以这个示例来说，温度为0℃时，电流则设定为1ma(2.5v/(100ω+2400ω)=0.001a)。这个计算方法没有将w1及w4引线所产生的电阻计算在内。经过分压器分压之后的w2及w3传感引线电压可以利用公式2计算出来。
---vprtd=vr×((rprtd+2400ω)/rprtd) (2)
---图3的电路采用恒流电源。只要引线压降、白金电阻温度检测器及r8电阻所产生的总电压不超过a1放大器的最高输出摆幅，1ma的电流便会流入白金电阻温度检测器。传感引线w2及w3的电压可以用式3计算出来。
---vprtd=0.001×rprtd (3)
---图4利用图表方式比较这两种不同电路设计的性能。曲线1是输出恒流驱动电流的vprtd，而曲线2则是输出恒压驱动电流的vprtd。由于分压器的关系，恒压驱动电流的线性表现会受到一定的影响，以致其实际表现会增添一些非线性的特性。
恒流激励器
---恒流电源供应器由放大器1(即lmp2011高精度放大器)、r8电阻及2.5v lm4140参考电路组成。恒流值可以用公式4计算出来。
---irtd= vref/r8 (4)
---若以图1的数值代入计算，恒流值则为irtd=2.5v/2500ω=1ma。一般来说，1ma的电流已够低，不会令白金电阻温度检测器的内部过度受热，因此可将因温度上升而产生的误差减至最少。输入电阻温度检测器的电流必须高低适中，电流量一方面要够强，足以提高温度传感器的灵敏度，但另一方面又不能太高，以免电阻温度检测器因内部受热过度而出现太多误差。介绍电阻温度检测器特性的产品数据表一般都会提供相关的技术参数，并详细列出在不同的情况下检测器的内部温度会上升多少。只要改变r8的电阻值，便可使用其他的恒流值。r8电阻会直接影响电源供应的准确度，而电源供应的准确度应该高于温度测量数字所要求的准确度，而且其稳定性也不应该受温度变化的影响。
---若要确保r8电阻能够充分发挥其性能，可以采用已封装微调的薄
a precision interface for a resistance temperature detector
电阻温度检测器(rtd)属于温度传感器的一种，可以利用金属电阻会随着温度高低不同而出现相应变化这一物理特性测量温度，其应用范围非常广泛，例如用以测量及控制温度的许多仪表都采用这种检测器。这些测量仪表电路都采用100ω的白金电阻温度检测器(prtd)，目前市场上还有多种不同的白金电阻温度检测器可供选择。以超过0℃的温度环境来说，白金电阻温度检测器的电阻温度转换函数大约可以利用公式1列出，公式中的t指温度。
---电阻温度检测器电阻rrtd= (100 + 0.39083t-0.00005775t2)ω (1)
---白金电阻温度检测器接口电路有助减低信号调理元件出现的误差，电路如图1所示。lmp2011芯片是高增益而补偿电压接近零的高精度放大器，lm4140a-2.500则是已微调的低漂移电压参考电路，其误差不超过0.05%，电压漂移则不会超过10×10-6/℃。用户只要采用这两款芯片再搭配几个高精度电阻，便可组装出准确而又稳定的温度计。
---图1的电路最适宜采用4引线白金电阻温度检测器，目前采用的众多配置之中也以这款设计最为准确。4引线白金电阻温度检测器设有kelvin连接动力引线及传感引线。图1中的w1及w4这两条引线属于动力引线，负责将电阻温度检测器连接到恒流电源。另外两条引线w2及w3属于传感引线，负责将电阻温度检测器的电压连接到放大器。这个设计可将负责驱动电阻温度检测器的恒流电源与测量电路分开，其优点是，测量电阻温度检测器的电压时，即使w1和w4引线出现压降也不会影响测量数字的准确性。
---下面解释为何引线会造成测量上出现误差。假若探头采用3m长的24级铜线，而这条导线将电阻与测量仪表连接一起，那么引线的电阻可以用下式计算出来：2×3m×(0.0857ω/m) = 0.514ω。若温度为0℃时，电阻温度检测器的电阻会按照0.39ω/℃这个升降率而转变，令引线产生以下的温度误差：0.514ω/(0.39ω/℃)=1.31℃。温度越高，误差也就越大。若温度为400℃，白金电阻温度检测器的电阻会按照0.35ω/℃这个升降率而转变，令引线产生以下的温度误差：0.514ω/(0.35ω/℃)=1.46℃。
可以激励电阻温度检测器的其他电路
---图2和图3的电路是另外两个可以用来激励白金电阻温度检测器的设计方案。图2的电路利用恒压电源及串行电阻设定流入白金电阻温度检测器的电流，并为不同的温度各自设定不同的电流值。以这个示例来说，温度为0℃时，电流则设定为1ma(2.5v/(100ω+2400ω)=0.001a)。这个计算方法没有将w1及w4引线所产生的电阻计算在内。经过分压器分压之后的w2及w3传感引线电压可以利用公式2计算出来。
---vprtd=vr×((rprtd+2400ω)/rprtd) (2)
---图3的电路采用恒流电源。只要引线压降、白金电阻温度检测器及r8电阻所产生的总电压不超过a1放大器的最高输出摆幅，1ma的电流便会流入白金电阻温度检测器。传感引线w2及w3的电压可以用式3计算出来。
---vprtd=0.001×rprtd (3)
---图4利用图表方式比较这两种不同电路设计的性能。曲线1是输出恒流驱动电流的vprtd，而曲线2则是输出恒压驱动电流的vprtd。由于分压器的关系，恒压驱动电流的线性表现会受到一定的影响，以致其实际表现会增添一些非线性的特性。
恒流激励器
---恒流电源供应器由放大器1(即lmp2011高精度放大器)、r8电阻及2.5v lm4140参考电路组成。恒流值可以用公式4计算出来。
---irtd= vref/r8 (4)
---若以图1的数值代入计算，恒流值则为irtd=2.5v/2500ω=1ma。一般来说，1ma的电流已够低，不会令白金电阻温度检测器的内部过度受热，因此可将因温度上升而产生的误差减至最少。输入电阻温度检测器的电流必须高低适中，电流量一方面要够强，足以提高温度传感器的灵敏度，但另一方面又不能太高，以免电阻温度检测器因内部受热过度而出现太多误差。介绍电阻温度检测器特性的产品数据表一般都会提供相关的技术参数，并详细列出在不同的情况下检测器的内部温度会上升多少。只要改变r8的电阻值，便可使用其他的恒流值。r8电阻会直接影响电源供应的准确度，而电源供应的准确度应该高于温度测量数字所要求的准确度，而且其稳定性也不应该受温度变化的影响。
---若要确保r8电阻能够充分发挥其性能，可以采用已封装微调的薄
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